bicmos三态输出门电路的设计、制备及应用
三态门、OC门的设计与仿真实验报告
三态门的设计与仿真实验报告一、实验内容1、用逻辑图和VHDL语言设计三态门，三态门的使能端对低电平有效。
2、应用MaxplusII软件对三态门和OC门进行编译、仿真和模拟。
3、在“MaxplusII软件的基本操作”实验的基础上，能更加熟练的掌握应用MaxplusII软件，从而更形象更深层次的理解三态门和OC门。
二、实验平台及实验方法用VHDL语言编写三态门和OC门的程序，运用Maxplus软件进行仿真，再结合FPGA（即对实验箱的芯片进行编译）进行验证。
也可以用原理图进行文本设计，波形设计。
逻辑符号图：真值表：EN A OUT0 0 HI-Z0 1 HI-Z1 0 01 1 0电路图：三、实验过程1．启动MaxplusII软件；2．新建一个文本编辑文件，输入三态门的VHDL语言；3．编译。
点击file→save as,保存文件名为tri-s名称，扩展名为vhd，选择芯片类型为EPF10K20TI144-4，保存并进行编译，若编译结果出现0 error，0 warnings则说明编译通过。
4．仿真波形。
点Max+plus II→Waveform editor,出现波形图的设置界面，然后点Node→Enter Nodes from SNF→list,将输入输出端添加到界面，并设置其周期和输入波形，保存后，点Max+plus II→Simulator，即可仿真出输出的波形。
5．设计芯片。
点Max+plus II→Floorplan editor，将Unassigned Nodes & 栏中，电路的输入输出节点标号直接用鼠标“拖到” 想分配的引脚上(enabel:88,datain:89,dataout:12),点Max+plus II→programmer→configuer,然后就可以操作试验箱，观察三态门的工作情况。
四、实验结果实验步骤：1、用VHDL语言来编写程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY tri_s ISPORT(enable,datain:IN STD_LOGIC;dataout:OUT STD_LOGIC);END tri_s;ARCHITECTURE bhv OF tri_s ISBEGINPROCESS (enable,datain)BEGINIF enable='1' THEN dataout<=datain;ELSE dataout<='Z';END IF;END PROCESS;END bhv;2、将上述程序保存为文件名为tri_s.vhd的文件，点击Maxplus里的compiler进行编译，出现如下图，编译成功。
一种基于神经元MOS管的三值动态BiCMOS或门设计[实用新型专利]
![一种基于神经元MOS管的三值动态BiCMOS或门设计[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/69612b6ad4d8d15abf234e4b.png)
专利名称：一种基于神经元MOS管的三值动态BiCMOS或门设计
专利类型：实用新型专利
发明人：胡晓慧,杭国强,周选昌,杨旸,章丹艳
申请号：CN201320855593.0
申请日：20131220
公开号：CN203645649U
公开日：
20140611
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于神经元MOS管的三值动态BiCMOS或门设计，包括高电平实现电路、中间电平实现电路、低电平实现电路；所述高电平实现电路包括nMOS管N1，三输入浮栅nMOS管N2，pnp型三极管Q1；所述中间电平实现电路包括pMOS管P2，npn型三极管Q3；所述低电平实现电路包括pMOS管P1，三输入浮栅nMOS管N3，npn型三极管Q2；所述pMOS管P1和P2的源级接工作电压VDD，栅极分别接CP和漏极分别接N3的漏极和Q3的基极；所述nMOS管N1的源级接地，栅极接漏极接N2的漏极；所述三输入浮栅nMOS管N2和N3的三个输入分别接x、y、GND 和GND；本实用新型的有益效果是：电路具有高集成度、高速、大驱动能力的特点，多值动态多输入浮栅技术又使得电路极大的降低了功耗，且电路工作状态可控。
申请人：浙江大学城市学院
地址：310015 浙江省杭州市湖州街50号
国籍：CN
代理机构：杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：张羽振
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三态门实验报告
三态门实验报告三态门实验报告引言：在科学研究中，实验是获取真实数据和验证理论的重要方法之一。
本次实验旨在研究三态门的工作原理和应用。
通过实验，我们能够深入了解三态门的特性，并进一步探究其在现实生活中的应用。
一、实验目的本次实验的目的是通过搭建三态门电路，观察和分析三态门的工作原理，探究其在数字电路中的应用。
二、实验材料和仪器本次实验所需材料和仪器如下：1. 电路板2. 三态门芯片3. 连接线4. 电源5. 开关6. LED灯三、实验步骤1. 将三态门芯片插入电路板中，并用连接线连接芯片和其他元件。
2. 将电源接入电路板，确保电路板正常供电。
3. 通过开关控制输入信号，观察LED灯的亮灭情况。
四、实验结果和分析通过实验观察和数据记录，我们得出以下实验结果和分析：1. 当输入信号为低电平时，LED灯熄灭。
2. 当输入信号为高电平时，LED灯点亮。
3. 当输入信号为无效电平时，LED灯保持上一状态。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：三态门是一种数字逻辑门，具有三个输入端和一个输出端。
它的工作原理是根据输入信号的不同状态，输出相应的电平。
当输入信号为低电平时，输出为低电平；当输入信号为高电平时，输出为高电平；当输入信号为无效电平时，输出保持上一状态。
五、三态门的应用三态门在数字电路中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 数据总线控制：在计算机系统中，三态门常用于数据总线的控制，实现数据的传输和共享。
2. 内存芯片：三态门可以用于内存芯片的控制线路，实现数据的读取和写入。
3. 多路选择器：三态门可以用于多路选择器的实现，根据输入信号的不同状态，选择不同的输入通路。
4. 缓冲器：三态门可以用作缓冲器，将信号从一个电路传递到另一个电路，保持信号的强度和波形。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了三态门的工作原理和应用。
三态门作为一种重要的数字逻辑门，在现代电子技术中起着重要的作用。
通过进一步研究和实践，我们可以更好地应用三态门，推动数字电路技术的发展。
三态逻辑与非门基本输出状态及其应用电路解析
三态逻辑与非门基本输出状态及其应用电路解析我们常说三态门，那么三态门到底是什么呢？三态又指的是哪三态呢？别急，接下来我会你具体讲解什么是三态门，以及它的应用电路解析。
什么是三态门?三态门，是指逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外，还有第三种状态——高阻状态的门电路高阻态相当于隔断状态。
三态门都有一个EN控制使能端，来控制门电路的通断。
可以具备这三种状态的器件就叫做三态（门，总线，。
..。
..）。
举例来说：内存里面的一个存储单元，读写控制线处于低电位时，存储单元被打开，可以向里面写入；当处于高电位时，可以读出，但是不读不写，就要用高电阻态，既不是＋5v，也不是0v 计算机里面用1和0表示是，非两种逻辑，但是，有时候，这是不够的，比如说，他不够富有但是他也不一定穷啊，她不漂亮，但也不一定丑啊，处于这两个极端的中间，就用那个既不是＋也不是―的中间态表示，叫做高阻态。
高电平，低电平可以由内部电路拉高和拉低。
而高阻态时引脚对地电阻无穷，此时读引脚电平时可以读到真实的电平值。
高阻态的重要作用就是I/O（输入/输出）口在输入时读入外部电平用.1. 三态门的特点三态输出门又称三态电路。
它与一般门电路不同，它的输出端除了出现高电平、低电平外，还可以出现第三个状态，即高阻态，亦称禁止态，但并不是3个逻辑值电路。
2. 三态逻辑与非门三态逻辑与非门如图Z1123所示。
这个电路实际上是由两个与非门加上一个二极管D2组成。
虚线右半部分是一个带有源泄放电路的与非门，称为数据传输部分，T5管的uI1、uI2称为数据输入端。
而虚线左半部分是状态控制部分，它是个非门，它的输入端C称为控制端，或称许可输入端、使能端。
当C端接低电平时，T4输出一个高电平给T5 ，使虚线右半部分处于工作状态，这样，电。
3三态输出和漏极开路输出的CMOS门电路
(5) 高电平输出电流IOH和低电平输出电流IOL 空载时，VOH≈VDD、VOL≈0
特别禁止输出端直接与电源或地相连
为了保证VOH≥VOH（min）、VOL≤VOL（max），分别规 定了高电平输出电流的最大值IOH（max）和低电平输出 电流的最大值IOL（max）。在74HC系列电路中，当VDD ＝5V时，RON(N)不大于50Ω，而RON(p)在100Ω 以内。
漏极开路输出的CMOS门电路的用途：接成总线结构 只要任何时候C1、C2、C3当中只有一个为1，
就可以在同一条总线上分时传送A´1 、A´2、 A´3信 号。
3.2.4 CMOS电路的静电防护和锁定效应
1. 静电防护
为了防止静电击穿，在CMOS集成电路的每个输入端 都设置了输入保护电路。
2. 锁定效应 当CMOS电路的输入端或输出端出现瞬时高压
三态门电路的应用
（2）、用三态门实现数据双向传输
EN=0
G1高阻、G2工作
数据从总线经G2传输
EN=1 G2高阻、G1工作 数据经G1传输到总线
2. 漏极开路输出的门电路简称OD门
(a)工作时必须外接电源和电阻;
实现逻辑电平的变换：输出高电平等 于外接电源值
(b)与非逻辑不变；
(c) 可以实现线与功能。
Y
A
0V 规定3.3V以上为1 0
3.3V
0
3.3V 0.3V以下为0
1
3.3V
1
BY 00 11 01 11
二极管构成的门电路的缺点
• 电平有偏移 • 带负载能力差
•只用于IC内部电路
3.3.2 双极型的三极管的开关特性
vI=0V时: iB0，iC0，vO＝VCE≈VCC，c、e极之间近似于开路,
CMOS三态门集成电路课程设计
集成电路课程设计前言集成电路在当今社会中发挥着越来越重要的作用。
也越来越成为衡量一个国家高科技技术水平的重要指标。
作为一门重要的课程，集成电路课程设计是电子科学与技术专业要求的实践课程，主要目的是使学生熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计基础。
提高学生综合运用已掌握的知识，利用相关软件，进行集成电路芯片的能力。
集成电路设计主要包括以下几个方面。
系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。
1.设计需求分析1.1设计内容及其性能指标要求器件名称：CMOS三态门器件要求电路性能指标：（1）输出高电平时，|IOH |≤20μA，VOH，min=5V；（2）输出底电平时，|IOL |≤4mA，VOL，man=0V；（3）输出级充放电时间tr =tf，tpd＜25ns；（4）工作电源5V，常温工作，工作频率fwork =100HZ，最大功耗Pmax＝150mW。
1.2设计指标1.独立完成设计三态门芯片的全过程；2.设计时使用的工艺及设计规则： MOSIS:mhp_n12；3.根据所用的工艺，选取合理的模型库；4.选用以lambda(λ)为单位的设计规则；5.全手工、层次化设计版图；6.达到设计要各项指标要求。
2.设计实现2.1三态门芯片简介所谓三态门（TG）就是一种传输模拟信号的模拟开关。
CMOS三态门门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成，如下图所示。
它的管脚图如图1所示，其逻辑真值表如表1所示：三态门原理图图1 三态门芯片管脚图表1 三态门真值表从图1可以看出三态门芯片是一个反相器与一组互补的增强型场效应管组成，而反相器也可以由一组互补的增强型场效应管构成。
因此，本电路的重点是增强型场效应管的使用。
从真值表我们可以看出EN为使能端。
当其为1时，输出等于输入，当其为0时，输出为高阻态。
2.2电路工作原理TP和TN是结构对称的器件，它们的漏极和源极是可互换的。
数字电路BiCMOS技术
数字电路BiCMOS技术数字电路BiCMOS技术是一种将双极性晶体管（Bipolar）和金属氧化物半导体场效应晶体管（CMOS）结合起来的制造技术。
它充分利用了两种晶体管的优势，并在高速性能和低功耗方面提供了更好的解决方案。
本文将从BiCMOS技术的概念、原理、应用以及优缺点等方面进行探讨。
一、BiCMOS技术概述BiCMOS技术是指将Bipolar和CMOS两种晶体管集成在同一块芯片上，以实现高集成度和优越性能的目标。
BiCMOS技术通过在CMOS上集成bipolar晶体管来克服CMOS器件速度和功率消耗方面的缺点，从而使得集成电路在高速运算和低功耗上能够取得良好的平衡。
BiCMOS技术的工艺流程主要包括CMOS工艺和双极性晶体管工艺两部分。
CMOS工艺主要用于制作CMOS晶体管，而双极性晶体管工艺则用于制作bipolar晶体管。
通过精确且可控的工艺流程，BiCMOS技术能够在同一块芯片上实现两种不同类型晶体管的集成。
二、BiCMOS技术原理BiCMOS技术的原理基于Bipolar和CMOS晶体管之间的互补作用。
CMOS晶体管由P型和N型金属氧化物半导体场效应晶体管组成，它具有低功耗和高噪声抑制能力；而bipolar晶体管由PN结和NPN结组成，具有高电流放大和高频率特性。
通过将这两种晶体管结合在一起，BiCMOS技术实现了高速度和低功耗的优势。
当需要高速操作时，使用bipolar晶体管进行放大和驱动操作；而在不需要高速操作时，使用CMOS晶体管进行低功耗的待机操作。
通过这种组合，BiCMOS技术能够在数字电路的设计中实现高性能和低功耗的要求。
三、BiCMOS技术应用BiCMOS技术在现代集成电路中具有广泛的应用。
由于其高速度和低功耗的特点，BiCMOS技术被广泛应用于数字信号处理器（DSP）、数据通信、网络交换、高速计算机、高性能寄存器以及高速模数转换器等领域。
DSP是BiCMOS技术应用的典型代表。
实验-三态门特性研究和典型应用
2、三态缓冲器实现信号单向三路总线传输
画出用74LS125芯片构成如下逻辑电路图的实验接线图，根 据实验接线图组装三路输入信号经一根总线传送的单向公共总线 逻辑电路，并进行测试分析。
测试分析要求：
①输入信号A和B由数字系统综合实验平台的逻辑电平信 号源提供：其中 A＝0V，B＝5V。输入信号C由综合实验平台 的固定频率时钟源提供：C为0.1MHz方波 。
1片
2. 4三态输出缓冲器74LS125
1片
3. 4异或门74LS86
1片
4. 数字万用表UT56
1台
5. TDS－4数字系统综合实验平台
1台
6. PC机（数字信号显示仪）
1台
7. GOS－6051示波器
1台
芯片引脚图
三、实验内容
1、三态门逻辑特性测试（用表格记录测试数据）
①74LS125三态门的输出负载为74LS00一个与非门输入端。
1000
1001 1010
G2
1011
B3
1100
1101 1110
G3
1111
EN
四、实验预习要求
1. 结合本次实验内容中的三态门负载测试电路图及数 据记录表格，分析该项实验测试的目的。
2.复习三态门的功能、特性和应用三态缓冲器实现单向 总线传输和双向总线传输的逻辑电路。
3.查看74LS125和74LS139芯片的引脚图，画出实现三 路输入信号经一根总线传送的实验接线图。
③ 用数字信号显示仪同时观察和记录三态缓冲器实现信号 单向三路总线传输电路的输入信号A、B、C，三态门的三个控制 信号ENA～ENC和总线输出信号Y。
④根据数字信号显示仪显示出的输入信号、控制信号和输 出信号，详细分析总结单向三路总线传输电路的“总线”结构 原理、工作特点以及工作注意事项。
三态门mos电路
三态门mos电路
三态门（MOS电路）是一种常用的数字逻辑门电路，由金属氧化物半导体场效应管（MOS管）构成。
它可以实现与门、或门、非门等逻辑功能，被广泛应用于数字电路设计中。
三态门的核心是MOS管的三种工作状态：导通状态、截止状态和高阻态。
在导通状态下，MOS管的导通电阻很小，电流可以通过。
而在截止状态下，MOS管的导通电阻很大，电流无法通过。
高阻态是一种特殊的状态，当输入信号为高电平时，MOS管进入高阻态，输出端的电压不受控制，即高阻态是一种无输出状态。
三态门的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设有两个输入信号A和B，输出信号为Y。
当A为低电平、B为高电平时，MOS管处于截止状态，输出信号Y为低电平。
当A为高电平、B为低电平时，MOS管也处于截止状态，输出信号Y仍为低电平。
而当A和B均为高电平时，MOS管进入高阻态，输出信号Y为高阻态，即无输出。
通过这种方式，三态门可以实现多种逻辑功能的实现。
三态门在数字电路设计中具有重要的作用。
它可以实现数据的选择、存储和传输等功能，广泛应用于计算机存储器、总线控制和输入输出接口等领域。
三态门的设计和优化对于提高数字电路的性能和可靠性具有重要意义。
三态门是一种常用的数字逻辑门电路，通过MOS管的不同工作状态
实现逻辑功能的实现。
它在数字电路设计中具有广泛的应用，是提高数字电路性能和可靠性的重要手段之一。
通过合理的设计和优化，可以充分发挥三态门的作用，实现更复杂的数字电路功能。
bicmos工艺技术应用
bicmos工艺技术应用BICMOS工艺技术是一种混合式的集成电路制造工艺，结合了CMOS（互补金属-氧化物-半导体）和bipolar（双极）制造工艺的优点。
BICMOS工艺技术在许多应用中都具有重要的意义。
首先，BICMOS工艺技术在高速电子设备中应用广泛。
高速电子设备需要能够在更短的时间内完成更多计算和处理任务。
BICMOS工艺技术可以提供更高的开关速度和更低的功耗，因此非常适合用于高速电子设备制造，如高性能微处理器和数字信号处理器。
其次，BICMOS工艺技术在模拟电路设计领域具有重要的作用。
与纯CMOS工艺相比，BICMOS工艺技术可以提供更高的输出电流和更低的噪声水平，从而在模拟电路中提供更高的性能和更好的信号质量。
因此，BICMOS工艺技术被广泛应用于模拟集成电路的设计和制造，如运算放大器、数据转换器和模拟接口电路。
此外，BICMOS工艺技术还在混合信号电路中发挥重要作用。
混合信号电路结合了模拟信号和数字信号处理功能，广泛应用于诸如数据采集、信号处理和通信系统等领域。
BICMOS工艺技术可以在同一芯片上集成模拟和数字部分，提供更高的整体性能和更小的系统复杂性。
因此，BICMOS工艺技术在混合信号电路的设计和制造中得到了广泛的应用。
最后，BICMOS工艺技术还可以用于射频（RF）集成电路的制造。
射频电路广泛应用于无线通信系统，如手机、卫星通信和雷达系统。
BICMOS工艺技术可以提供更高的功率放大和更低的噪声水平，从而满足射频电路对高频性能和低噪声的要求。
总之，BICMOS工艺技术在许多领域的应用都具有重要的意义。
它不仅可以提供更高的开关速度和更低的功耗，还可以提供更好的模拟性能和信号质量，同时还可以满足混合信号和射频电路对更高性能和更小系统复杂性的要求。
随着科学技术的不断发展，BICMOS工艺技术的应用前景将会更加广阔。
实验三 三态门实验报告
实验三三态门实验报告实验三三态门实验报告引言：在数字电路中，门电路是最基本的组成单元之一。
而三态门是一种特殊的门电路，它具有三种输出状态：高电平、低电平和高阻态。
本实验旨在通过实际搭建和测试三态门电路，深入了解其工作原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建和测试三态门电路，掌握其工作原理和特性。
具体目标如下：1. 理解三态门的概念和功能；2. 学会使用逻辑门芯片搭建三态门电路；3. 掌握三态门的输出状态和切换条件。
二、实验器材和仪器1. 逻辑门芯片：74LS125或74HC125；2. 面包板、导线等实验器材；3. 示波器、数字万用表等测量仪器。
三、实验原理三态门是一种具有三种输出状态的门电路，其输出可以是高电平、低电平或高阻态。
它通过控制输入端的使能信号来切换输出状态。
当使能信号为高电平时，三态门处于开启状态，输出与输入信号一致；当使能信号为低电平时，三态门处于关闭状态，输出为高阻态，即不对外输出信号。
四、实验步骤1. 将74LS125或74HC125逻辑门芯片插入面包板中，注意引脚与连接线的对应关系；2. 连接电源和地线，确保电路正常供电；3. 将输入信号接入逻辑门芯片的输入端，同时连接使能信号；4. 使用示波器或数字万用表等测量仪器，测试逻辑门芯片的输出信号；5. 调节输入信号和使能信号，观察三态门的输出状态变化。
五、实验结果与分析通过实验，我们得到了三态门的输出状态和切换条件。
当使能信号为高电平时，三态门处于开启状态，输出与输入信号一致；当使能信号为低电平时，三态门处于关闭状态，输出为高阻态。
这种特性使得三态门在数字电路设计中具有广泛的应用。
六、实验应用三态门在数字电路设计中有着重要的应用。
首先，它可以用于数据总线的连接和控制，实现多个设备之间的数据传输和共享。
其次，三态门还可以用于电路的隔离与保护，防止信号干扰和短路等问题。
此外，三态门还可以用于多路选择器和数据缓存等电路的设计与实现。
三态输出TTL门(TS门)
A 1 B
C 1 D
ห้องสมุดไป่ตู้
Y1 Y1=A+B+C+D
Y2 Y2=A+B+C+D
11
注：
0V -0.8V
P1
-0.8V
-1.6V
P2
P3
P=P1+P2+P3
12
例3 写出下图所示ECL电路的输出表达式 F1 、 F2 和 F3 。
解：ECL电路的输 A
B
≥1
F1
出端可以并联，实
F
1
EN
解：当B=0时，F=A； 当B=1时，F=A 。 所以，F=AB+AB
B
0A 1A
F的卡诺图
5
例2 如下图所示电路、及其输入信号的波形，试
画出输出信号P和G的电压波形并写出P的逻辑表
达式。
A
&G
A
B
C
EN
B
&
PC
D
解：当C=0时，P=D；
D
当C=1时，P=AB+D 。 G
所以，P=ABC+D
VDD
(2)UIH=VDD
UOL 0
T1 、T2 构成一种推拉式输出。故输出端不能并 接实现“线与”功能。
21
3.电压传输特性和电流转移特性
uO
VD A B C
D
iD
CD
D UTP EF
O
UTN UT
VDD uI
(a)电压传输特性
AB
EF
O
uI
（b）电流转移特性
图3.4.2 电压传输特性和电流转移特性
三态输出门电路及应用
三态输出门电路及应用史明科所谓三态门，就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。
我们以前国产发射机控制电路中，尤其逻辑控制电路中，像“或(66‘与”“非”及它们组合的门电路常常使用，但却没有三态门电路的应用。
在固态机互联板电路，“I／O”板电路中，除了以上几种组合门电路，三态门电路也是必不可少的。
一、电路组成三态门电路主要有TIL三态门电路和 CMOS三态门电路，其电路结构及逻辑符号分别如下：不难看出，二种输出三态门电路都是在普通门电路的基础上附加控制电路而构成。
二、工作原理(1)TTL三态门电路工作原理图1给出了三态门的电路结构图及图形符号。
其中控制端·EN为低电平时(面=口／，P点为高电平，二极管D截止，电路工作状态和普通的与非门没有区别。
这时Y=·A’B，可能是高电子也可能是低电平，视A、B的状态而定。
而当控制端EN为高电平时(EN=1)，P点为低电平，它控制T1发射极，把VBl钳位在1V，使T，、T5载止。
同时二极管D导通，T4的基极电位被钳在1V，使T4载止。
由于T4、T5同时载止，所以输出端呈高阻状态o(2)图2中是将CMOS反相器的输出端同一个模拟开关相串联，即可组成三态门。
图中T，、T2组成反相器，TG和反相器3组成模拟开关，其工作原理是：当控制端电压Ve =1时，由于模拟开关断开，输出端与电源 Vm，输出端与地都相当于开路，故呈现高阻抗状态。
当Ve=OV时，模拟开关闭合，输出电压VY 取决于反相器的输入电压。
若V4= OV，则T1截止，T2导通，VY=VDD，输出高电平；若Va=1，则Tl导通，T2载止，VY=OV，输出低电平。
上述电路中，控制端EN为低电平时与非门处于工作状态，所以该电路为低电平有效同样还有高电平有效控制电路。
三、三态门电路的应用(1)多路信号分时传递在一些复杂的数字系统(象固态机的互联板，U0板等)中，为了减少各个单元电路之间连线的数目，希望能在同一条导线上分时传递若干个门电路的输出信号。
三态输出触发器和锁存器实验报告有数据
三态输出触发器和锁存器实验报告1.引言三态输出触发器和锁存器是数字电路中常用的组合逻辑电路元件。
它们在计算机系统和通信系统中扮演着重要的角色。
本实验旨在通过实际操作和观察，了解三态输出触发器和锁存器的工作原理及其应用。
2.三态输出触发器2.1 三态输出触发器的基本原理三态输出触发器是一种具有三个输出状态的触发器。
它的输出可以处于高电平、低电平和高阻态之一。
在输入端给出使能信号时，触发器的输出会按照输入信号和触发器的特性进行相应的改变。
当使能信号为高电平时，输出根据输入信号和触发器的特性进行逻辑运算，将结果送到输出端。
当使能信号为低电平时，输出为高阻态，此时输出端不对外输出电信号。
2.2 三态输出触发器的应用三态输出触发器常用于总线控制、数据存储和数据传输等场景。
例如，在计算机系统中，总线控制器使用三态输出触发器来控制数据的传输和存储，实现数据的读写操作。
在通信系统中，三态输出触发器可以实现多路复用和分时复用等功能。
2.3 三态输出触发器的实验过程和结果在本实验中，我们使用了74LS125芯片来实现三态输出触发器。
首先，我们按照电路连接图将芯片与其他元件连接好。
然后，我们使用示波器对74LS125芯片的输出波形进行观测和记录。
接下来，我们通过改变使能信号的输入，观察输出波形的变化。
最后，我们根据实验结果总结出了74LS125芯片的使用方法和特性。
2.3.1 实验材料和设备•74LS125芯片•示波器•电缆和连接线•电源2.3.2 实验步骤1.连接电路：根据电路连接图将74LS125芯片与其他元件连接好。
2.设置示波器：将示波器连接到74LS125芯片的输出端，设置示波器的参数。
3.提供电源：为电路提供适当的电源。
4.观测波形：通过改变使能信号的输入，观测并记录输出波形的变化。
5.分析结果：根据实验结果分析74LS125芯片的使用方法和特性。
2.3.3 实验结果在实验过程中，我们观测到了使能信号和输出波形之间的关系。
Bimos工艺流程
BiCMOS工艺及其工艺流程该工艺采用P型衬底，形成双埋层，对双极器件可减小集电极串联电阻，对CMOS器件可提高器件的抗闩锁能力和减少衬底浓度对器件参数的影响。
作N型薄外延（2.0 μm），外延层作为双极器件的集电极区和PMOS晶体管的有源区。
在外延层上推P阱，形成NMOS晶体管的有源区，开槽高压氧化并结合P＋注入形成的PN结，实现电路元器件的隔离，并获得比较好的表面平坦度，这种隔离方式，可减小器件的侧壁电容，从而提高器件特性。
作高浓度N＋扩散，进一步减小NPN 晶体管的集电极串联电阻，降低了NPN晶体管的寄生参数，也提高了NPN晶体管的频率特性和电流驱动能力。
采用SiO2注入可防止沾污，同时获得更薄的基区。
用重掺杂多晶硅作为CMOS晶体管的栅极和NPN晶体管的发射极，以获得较薄的结深，减小栅极和发射极的寄生参数，从而提高器件的速度性能。
采用薄栅氧化层（35 nm）和栅与源漏的自对准结构，减小器件的寄生参数，获得更高性能的CMOS晶体管。
双层金属Ti－Al实现浅结元器件的互连，为提高电路的可靠性和稳定性，采用PECVD SiNx介质作为电路的钝化薄膜。
在P型衬底上分别形成N＋和P＋埋层后，接着进行N型薄外延。
注入硼，经高温退火和推结形成P阱。
用反应离子刻蚀出硅槽，然后进行高压氧化。
注入高剂量的磷并在高温下退火，以形成NPN晶体管的深集电区。
薄栅氧后注入硼，形成双极器件的基区。
刻出发射极窗口后，LPCVD淀积一层多晶硅，接着进行高剂量砷注入。
反应离子刻蚀出栅极和发射极，分别注入高剂量的N型和P型杂质，经退火处理，形成MOS晶体管的源漏接触区、NPN晶体管的发射区和基区。
接着LPCVD淀积二氧化硅，用反应离子刻蚀出元器件的接触孔。
分别蒸发Ti和Al金属层，实现元器件的互连，最后作PECVD SiNx介质薄膜形成钝化层。
BiCMOS结构，一般由CMOS单元和npn晶体管组成。
随着应用的不同，BiCMOS结构也有不同程度或不同形式的变化，如可能是CMOS单元同双极横向晶体管结构的结合，也可能是功率MOS同双极结构的结合，其结构的变化，是由应用电路的结构和性能需求决定的。
实验一_三态门和OC门的应用
74LS04 六反相器
1A 1 1Y 2 2A 3 2Y 4 3A 5 3Y 6 GND 7
74LS04
14 VCC 13 6A 12 6Y 11 5A 10 5Y 9 4A 8 4Y
YA
74LS01 四2输入与非门(OC)
2.用OC“与非”门实现三路信号分时传递的总线结构（不做）
框图如图1所示，功能如表1所示。 验证：
(1)静态验证：控制输入端和数据输入端加高、低电平，用 电压表测量输出高、低电平的电压值；
(2)动态验证：控制输入端加高、低电平，数据输入端加连 续脉冲，用示波器对应地观察数据输入波形和输出波形；
四、实验步骤
1.用三态门实现三路信号分时传递的总线结构 电路原理图
三态门 74LS244
反相器 74LS04
(1)按照下图接线；
D2 (K5)
+5V
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
74LS244
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
2.根据要求设计得任务应有设计过程和设计逻辑图，记录 实际检测结果，并进行分析。
控制输入输出控制输入端和数据输入端加高低电平进行测试用电压表测量输出高低电平的电压值133动态验证
实验一 三态门和OC门的应用
一．实验目的 二．实验器件 三．实验内容 四．实验步骤 五．实验报告和结果
一、实验目的1ຫໍສະໝຸດ 熟悉两种特殊的门电路：三态门和OC门； 2.了解“总线”结构的工作原理。
二、实验器件
(3)动态验证：
三态输出的CMOS反相器
BC段： T1 、T2同时导通， 为转折区。
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7
3. 电流传输特性
iD
VGS(th)N
VG S(th)P
AB
CD
O
1 2 VDD
v VDD
I
第二节 CMOS门电路
AB段：T2截止 漏极电流几乎为0
CD段：T1截止 漏极电流几乎为0
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28
第二节 CMOS门电路
用短沟道、硅栅自对准工艺生产的高速CMOS门电路，
其平均传输延迟时间小于10ns。
高速CMOS门电路的通用系列为54HC/74HC系列。
该系列产品使用+5V电源，
输出的高、低电平与TTL电路兼容。
如54HC/74HC× × ×与54LS/74LS × × × ，
动态功耗 PD = PT + PC 其中PT ： T1和T2在短时间内同时导通所产生的瞬时导通功耗。
PC ：对负载电容充、放电所消耗的功率。
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16
第二节 CMOS门电路
五、其他类型的CMOS门电路
1.其他逻辑功能的CMOS门电路
在CMOS门电路的系列产品中， 除反相器外常用的还有： 与非门、或非门、与门、 或门、与或非门、异或门等几种。
1. 输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在输入电容，
绝缘介质又非常薄，极易被击穿，
所以必须采取保护措施。
输入保护电路
VDD
C1
T1
RS
vI
vO
C2
T2
输入保护电路
C1 RS
vI
C2
VDD
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３．３ ＭＯＳ 器件衬底偏置要点
提高所设计的 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门的速度性能， 还受到三态门的负载电容（即高速数字信息系统 中行线、列线或数据线分布电容和杂散电容）的 限制。为了减小这些电容，也为了保证 Ｍ Ｏ Ｓ 器件 的可靠绝缘和隔离，制备芯片时应使 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件 衬底工作于负电位（为图示清晰，图 ２ ￣ ４ 中 Ｍ Ｏ Ｓ 器 件 衬 底 偏 置 连 线 均 未 画 出 ）。 这 一 负 偏 压 可 由
输入 ｕ 信号 ｉ
× Ｌ Ｈ
输出 ｕ
信号 Ｏ
高阻状态 Ｌ Ｈ
２．３ 利用附加管构成的 ＢｉＣＭＯＳ 三态反相器 图 ３ 是利用附加管构成的 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态反相
器，图中 Ｖ Ｐ ２ 、Ｖ Ｎ ４ 为附加管，该门电路通过一
图 １ 几种设计时有用的ＣＭＯＳ门电路
２．２ 采用 ＣＭＯＳ 或非门和钳位电路的 ＢｉＣＭＯＳ 三 态缓冲／驱动器
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＢｉＣＭＯＳ ｔｒｉｓｔａｔｅ ｌｏｇｉｃ ｇａｔｅｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｍａｉｎ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ＢｉＣＭＯＳ ｔｒｉｓｔａｔｅ ｌｏｇｉｃ ｇａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ａｄｖａｎｃｅｄ ０．５μｍ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌ－ ｏｇｙ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． ＰＳｐｉｃｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ＢｉＣＭＯＳ ｔｒｉｓｔａｔｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ＣＭＯＳ ｐａｒｔ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂｉｐｏｌａｒ ｐａｒｔ， ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ＢｉＣＭＯＳ ｔｒｉｓｔａｔｅ ｌｏｇｉｃ ｇａｔｅｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ－ｈｏｌｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．
２．４ 利用 ＣＭＯＳ ＴＧ 门构成的 ＢｉＣＭＯＳ 三态与非 门
微机数据总线中用到大量的三态与非门，为 此特设计出利用 ＣＭＯＳ ＴＧ 门构成的 ＢｉＣＭＯＳ 三态 与非门，如图 ４ 所示。
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ． ２７Ｎｏ． ８ 51
设计与开发
52 半导体技术第２７ 卷第 ８ 期
二 Ｏ Ｏ 二年八月
设计与开发
芯片内部的振荡器产生，制备芯片时可将振荡器 输出电压通过一些 ｐ ｎ 结耦合到 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件的衬
底。也可省掉振荡器，直接将 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件的衬底 接到 Ｖ 。而在图 ２ ～４ 中，Ｐ Ｍ Ｏ Ｓ 器件衬底均应
ＳＳ
连接到电源电压 Ｖ 上［６ ～９ ］ 。 ＤＤ 表 ３ 列出了本文所设计的 ＢｉＣＭＯＳ 三态输出门
３．１ 制备工艺流程及Ｂｉｐｏｌａｒ器件的制作 在外延双阱 ＣＭＯＳ 工艺的基础上，制作 Ｂｉｐｏ－
ｌａｒ 器件。在 ｎ 阱内增加了 ｎ＋ 埋层和集电极接触深 ｎ＋ 注入，以减少Ｂｉｐｏｌａｒ 器件的集电极串联电阻阻 值，降低饱和管压降，提高输出逻辑摆幅；用 ｐ ＋ 区（或 ｎ＋ 区）注入制作基区；发射区采取多晶硅 掺杂形式，与 Ｍ Ｏ Ｓ 器件的栅区掺杂形式一致，制 作出多晶硅 Ｂｉｐｏｌａｒ 器件。因此高速 ＢｉＣＭＯＳ 三态 门的制备工艺原则上不需要增加其它重要的工序。 ３．２ 双阱 ＣＭＯＳ 工艺技术要点 ３．２．１ 双阱ＣＭＯＳ工艺的原始材料
致积累过多，用此抗饱和措施来提高下拉速度［３］。
该三态门的工作情况可列于表 ２ 之中。由表可知，
它是一种 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态与非门电路。
表 ２ 图 ４ 两输入端 ＢｉＣＭＯＳ 三态与非门工作情况使 Nhomakorabea端 Ｅ Ｎ
ｕ
ｉ１
Ｌ
×
Ｌ
Ｌ
Ｈ
Ｈ
Ｈ
ｕ
ｕ
ｉ２
ｏ
× 高阻态
Ｌ
Ｈ
Ｈ
Ｈ
Ｌ
Ｈ
Ｈ
Ｌ
３ ＢｉＣＭＯＳ三态输出门的技术要点 和 器 件 参 数
制作 Ｍ Ｏ Ｓ 器件时采用硅栅自对准（在栅下 源、漏区极少扩展）工艺，使栅 － 源和漏扩散区 的重叠区大大减小，栅 － 源及栅 － 漏交叠电容也相 应地大为减小。这样就有利于硅栅双阱 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门工作速度的提高。此外，硅栅自对准工艺 也可明显减小设计同样沟长的 Ｍ Ｏ Ｓ 器件所需要的 版图尺寸，因而芯片的集成密度得到了提高（大 约 提 高 ３ ０ ％ ）［ ５ ，６ ］ 。 ３．２．４ 高电阻率ｐ型硅衬垫有利于提高工作速度
双阱 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 工艺的原始材料是以 ｐ ＋ 为衬垫的 轻掺杂外延层，也可以是绝缘膜上硅（Ｓ Ｏ Ｉ ）基 片。外延层或硅薄膜的浓度和厚度可控，杂质分 布均匀，双阱 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 工艺参数可分别优化，于是 Ｍ Ｏ Ｓ 器件的阈值电压、体迁移率和跨导等参数均 可分别优选，从而有利于抑制 Ｍ Ｏ Ｓ 器件的闩锁效 应，使所制备的 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门获得更佳的直流 和瞬态特性。当然，做在 Ｓ Ｏ Ｉ 基片上的 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 部 分的性能由于 ＳＯＩ 工艺特点而变得更加优越。 ３．２．２ 利用杂质离子注入降低ＭＯＳ器件阈值电压
６
ＢＥ
保证此 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门在低压、高速下运行。另
外，Ｖ Ｔ 的管压降应尽量做小，以减少输出摆幅 ５
损失［１］。此 ＢｉＣＭＯＳ 三态门的工作原理见表 １。由
表可见它是一种 ＢｉＣＭＯＳ 三态缓冲 ／ 驱动器。
表 １ 图 ２ ＢｉＣＭＯＳ 三态缓冲器工作情况
使能 信号 Ｅ Ｎ
Ｈ Ｌ
＊ 江苏省教育厅自然科学研究基金项目、江 苏 大 学２ ０ ０ １ 年青年基金项目和徐州建筑职业技术学院科研项目资助
与高速、低功耗与较大驱动能力之间的矛盾［１￣３］。 以往所用的三态门大都为 Ｔ Ｔ Ｌ 产品，其电源电压 固定为 ５Ｖ，致使 ＬＳＩ 和 ＶＬＳＩ 芯片功耗下不来，而 芯片集成度也高不上去。因此有必要研发 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门电路。
Ｋ ｅ ｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； ＢｉＣＭＯＳ； ｔｒｉｓｔａｔｅ ｌｏｇｉｃａｌ ｇａｔｅ
１ 引言
在数字信息时代，对数字信号处理器 （Ｄ Ｓ Ｐ ）和便携式数字设备中的微处理器、
Ｃ Ｐ Ｕ 、Ｐ Ｌ Ｄ 和存储器芯片等，在性能上提出了低 电源电压、快速、低功耗和高集成度的应用要 求。经过分析、比较国内外大量的相关文献资料 发现同时满足这些性能要求的解决方案是研发 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 数字逻辑电路。它可以较好地解决低压
图 ４ 用 ＣＭＯＳ 传输门构成的两输入端 ＢｉＣＭＯＳ 三态与非门
图 ４ 中 ＴＧ 门采用图 １（ｃ）所示的 ＣＭＯＳ ＴＧ 门，
其余部分为两输入端 ＢｉＣＭＯＳ 与非门，该 ＢｉＣＭＯＳ
与非门中用了 ｐ ｎ ｐ 型 Ｂ Ｊ Ｔ 器件 Ｖ Ｔ 、Ｖ Ｔ 在上拉
１３
１４
期间陷获电荷，使输出级 ＢＪＴ ＶＴ 的基区电荷不 １５
在 ＰＭＯＳ 器件的沟道区通过硼离子注入调节， 降低其阈值电压；制作 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件沟道区时注入 磷离子，不仅可使 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件的阈值电压分散性 大为减小，而且还可减小 ｎ 阱同 ｐ 型衬垫的掺杂浓 度比值。这一技术意味着 ｎ 阱区掺杂浓度可以降 低，因而 Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 器件的阈值电压大为减小，结果 使 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门可在低电源电压（＜ ２ ． ２ Ｖ ）下 工作。 ３．２．３ 用硅栅自对准工艺，减小交叠电容
设计与开发
ＢｉＣＭＯＳ 三态输出门电路的 设计、制备及应用＊
成立 １ ，李彦旭 １ ，董素玲 ２ ，汪洋 １ ，唐平 １
（１ 江苏大学电气与信息工程学院，江苏 镇江，２ １ ２ ０ １ ３ ； ２ 徐州建筑职业技术学院机电工程系，江苏 徐州，２ ２ １ ０ ０ ８ ）
摘要：设计了几种 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态输出门电路，提出了采用先进的 ０ ． ５µ ｍ Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 工艺，制备所设 计 的 三 态 输 出 门 的 技 术 要 点 和 器 件 参 数 ， 并 分 析 了 它 们 既 具 有 双 极 型 （ Ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ） 门 电 路 快 速 、大 电 流 驱 动能力，又具备 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 逻辑门低压、低功耗和高集成度的特性，因而它们特别适用于高速缓冲数字信息 系统和其它便携式数字设备中。
Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 电路功耗极低，静态电压传输特性较佳［４］，
所以在设计 Ｂ ｉ Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 三态门时，用它们作为使能
信号的传输或控制门。
器和 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 或非门（图 １ （ａ ））所构成。采用
钳位电路的目的是将推挽输出级中双极型器件
（Ｂ Ｊ Ｔ ）Ｖ Ｔ 的基极电位钳制在 Ｕ ≈ ０ ． ７ Ｖ ，以
关键词：数字信息系统；双极互补金属氧化物半导体；三态输出门电路 中图分类号：ＴＮ４３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００２）０８－００５０－０５
Ｄｅｓｉｇｎ， ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢｉＣＭＯＳ ｔｒｉｓｔａｔｅ ｌｏｇｉｃ ｇａｔｅｓ